金属熔焊原理 焊缝的组织和性能.pptx

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1、图2-1 焊接时沿焊条轴向（药皮表面）上的温度分布不锈钢焊条，=5mm，I=190A，U=25V，电弧通过时间：110s、220s、330s、440s图2-2 在焊条横截面上的温度分布t焊芯平均温度 t1药皮内表面温度 t2药皮平均温度 t3药皮外表面温度 药皮厚度第1页/共38页电阻热：PR=I2RSRs=Ls/S第2页/共38页焊条电阻热过大的不良影响：1、飞溅增加；2、药皮开裂或脱落，电弧燃烧不稳定；3、药皮丧失冶金作用；4、焊条发红变软，操作困难；5、焊缝成形变坏，甚至产生气孔等缺陷。不锈钢焊条焊接时，这种现象更为突出。严格限制焊芯和药皮的加热温度，一般焊接终了时，焊芯的温度不应超过6

2、00650。第3页/共38页熔滴上的作用力：1.重力2.表面张力3.电磁力4.摩擦力 焊条金属的过渡特性熔化极电弧焊（焊条电弧焊、CO2焊、MIG、MAG、埋弧焊）熔滴是指电弧焊时，在焊条（或焊丝）端部形成的向熔池过渡的液态金属滴。熔滴通过电弧空间向熔池的转移过程即熔滴过渡。第4页/共38页熔滴的比表面积和作用时间：比表面积（S）：熔滴表面积（A）与其质量（V）之比，即S=A/V。设熔滴是半径为R的球体，则S=3/R。熔滴越细其熔滴比表面积越大，凡是能使熔滴变细的因素，都能加强冶金反应。熔滴相互作用时间近似等于熔滴存在时间（0.011.0s），是很短暂的。第5页/共38页熔滴过渡的形式：国际焊

3、接学会（IIW）对熔滴过渡形式分类：第6页/共38页接触过渡自由过渡渣壁过渡熔滴过渡的形式：第7页/共38页图2-4 熔滴的重力和熔滴的表面张力示意图F1-熔滴的重力 F2-熔滴的表面张力图2-5 通有同方向电流的两根导线的相互作用力第8页/共38页图2-6 磁力线在熔滴上的压缩作用p 电磁压缩力第9页/共38页图2-7 斑点压力阻碍熔滴过渡的示意图2-8焊条药皮形成的套筒示意图第10页/共38页熔池的形状类似于不标准的半椭球，其轮廓为温度等于母材熔点的等温面。熔池的宽度和深度沿X轴连续变化。电流增加熔池的最大宽度（Bmax）略增，最大深度（Hmax）增大；随电弧电压的增加，Bmax增大，Hm

4、ax减小。一、熔池的形状和尺寸焊接熔池的形成 熔焊时，母材上由熔焊的焊条金属与局部熔化的母材所组成的具有一定几何形状的的液体金属叫熔池。如焊接时不填充金属，则熔池仅由局部熔化的母材组成。第11页/共38页 熔池质量和存在时间 与熔滴阶段相比，熔池的比表面积要小，在(0.313)10-3m2/kg间；熔池中各物化反应时间要长，在几s到几十s之间。tmax=L/v熔池存在时间长久的利与弊：利：有利用气泡、熔渣的浮出，合金化均匀等。弊：焊接接头过热，组织晶粒容易粗大，韧性值下降。第12页/共38页 熔池温度 特点：中心温度高、周边温度低，头部温度高、尾部温度低。第13页/共38页 熔池中液态金属的流

5、动 构成熔池强烈运动的原因是什么呢？1、液态金属密度差引起自由对流运动；2、表面张力差强迫对流运动；3、熔池中各种机械力搅拌。第14页/共38页熔池运动对焊接质量的影响：1、使熔化的母材和焊条金属很好的混合，形成成分均匀的焊缝金属；2、有利于气体和非金属夹杂物的外溢，加速冶金反应，消除焊接缺陷（气孔），提高焊接质量。3、液态金属与母材交界处，运动受限制，化学成分不均匀。第15页/共38页焊缝金属的熔合比熔合比：熔焊时，局部熔化的母材在焊缝金属中所占的百分比。A熔化的母材B填充金属第16页/共38页图2-11 不同接头形式焊缝横截面积的熔透情况第17页/共38页图2-12 接头形式与焊道层数对熔

6、合比的影响I表面堆焊 IIV形坡口对接 IIIU形坡口对接（奥氏体钢、焊条电弧焊）第18页/共38页熔合比对焊缝金属成分的影响一般情况下，焊缝金属是由填充金属与局部熔化的母材组成的。当焊缝金属的熔合比变化时，其焊缝金属的成分必然随之改变。假设焊接时合金元素没有任何损失，则这时焊缝金属中的合金元素B的含量与熔合比的关系为：wBwB（1-）wB式中 wB 元素B在焊缝中的质量分数；wB 元素B在母材中的质量分数；wB 元素B在焊条中的质量分数；熔合比。第19页/共38页焊接熔池结晶的特点 第二节 焊缝金属的一次结晶1焊接熔池的体积小 2焊接熔池的温度极不均匀3焊接熔池的冷却速度高 4熔池在运动状态

7、下结晶5.焊接熔池的结晶以熔化母材为基础第20页/共38页图2-13 焊缝金属的一次结晶过程 图2-14 熔池在运动状态结晶第21页/共38页焊接熔池结晶过程 图2-15 熔合区母材晶粒表面柱状晶的形成图2-16 奥氏体钢焊缝的联生结晶第22页/共38页图2-17 柱状晶的选择长大Gmax最大温度梯度第23页/共38页图2-18 焊缝一次结晶过程示意图第24页/共38页金属的偏析焊缝中的偏析主要有显微偏析、区域偏析和层状偏析等三种形式。第25页/共38页 图2-19 显微偏析示意图图2-20含碳量对碳钢焊缝及铸锭中硫、磷偏析的影响第26页/共38页图2-21 不同成形系数的焊缝区域偏析a）成形

8、系数小 b）成形系数大a）b）第27页/共38页图2-22 焊缝的层状偏析a）焊条电弧焊 b）电子束焊a）b）图2-23 层状偏析造成的气孔 a）横截面 b）纵截面a）b）第28页/共38页第三节 焊缝金属的二次结晶 熔池凝固后得到的组织是一次结晶组织，对大多数钢来说是高温奥氏体。随着连续冷却过程的进行，高温奥氏体还要发生组织转变即固态相变，也称二次结晶。二次结晶得到的组织即为室温组织，或称二次组织。二次组织对焊缝的性能起决定性作用。第29页/共38页低碳钢焊缝的固态相变 由于低碳钢焊缝含碳量较低，固态相变后的组织主要是铁素体加少量珠光体。一般情况下，铁素体首先沿奥氏体柱状晶晶界析出，其晶粒十

9、分粗大，当冷却至共析温度以下过冷时，剩下的奥氏体转变为珠光体。第30页/共38页低合金钢焊缝的固态相变 低合金钢焊缝固态相变后的组织比低碳钢焊缝的组织要复杂得多，随母材、焊接材料及工艺条件的不同而变化。固态相变除铁素体和珠光体转变外，还有可能出现贝氏体和马氏体转变。第31页/共38页第四节 焊缝组织与性能的改善 焊缝的性能取决于焊缝的化学成分与组织形态。构成焊缝金属的化学成分不同，其力学等性能就不一样；具有相同化学成分的焊缝金属，由于结晶组织的不同，在性能上也会有很大的差异。因此，改善焊缝的性能应从调整化学成分和控制组织两个方面入手。第32页/共38页焊缝金属的变质处理 图2-32 焊缝晶粒粗

10、细对冲击韧性的影响 1-细晶粒 2-粗晶粒第33页/共38页振动结晶（1）低频机械振动（2）高频超声振动（3）电磁振动第34页/共38页改善焊缝金属二次组织的方法 1焊后热处理2多层焊接3锤击焊道或坡口表面4跟踪回火第35页/共38页本章结束本章结束第36页/共38页思考与练习1.什么是熔滴过渡？熔滴过渡的形式有哪些？熔滴过渡的作用力有哪些？2什么是熔合比？影响熔合比的因素有哪些？它对焊缝金属有何影响？3.焊接熔池结晶的特点是什么？结晶过程有哪些？4.什么是偏析？焊缝中的偏析主要有哪几种？5.焊缝二次结晶的组织特征是什么？6改善焊缝组织与性能的常用措施有哪些？第37页/共38页感谢您的观看。第38页/共38页